近日，郑州大学高分子加工研究所郑国强教授在国际著名期刊《Chemical Engineering Journal》上（IF＝13.273）发表题为“Programmable micropatterned surface for single-layer homogeneous polymer Janus actuator”的原创性研究论文。硕士研究生王盼龙为论文第一作者，郑国强教授为论文通讯作者，郑州大学材料科学与工程学院为论文第一作者单位和通讯单位。

由于在软机器人、传感器、仿生装置、人工肌肉等领域的应用潜力，柔性智能驱动器受到科研工作者的空前关注。本文采用真空辅助热压成型制备了带有微嵴阵列的PVDF两面神薄膜应用于柔性智能驱动器。PVDF两面神薄膜驱动器在丙酮蒸汽刺激下不仅能够实现方向、曲率、螺距可控的变形，而且能够完成缠绕、跳跃、举重等仿生运动。整个制备过程具有简单高效、低成本、环境友好等优点，具有规模化成型制备的潜力。

聚合物致动器能够在环境刺激(如热、光、电和化学蒸汽)下产生程序变形，由于其在软机器人、传感器、仿生设备、人造肌肉等新兴领域的巨大潜力而受到越来越多的关注。然而，在双层或多层驱动器中，由于其异质部件之间的兼容性差，经常会发生界面失效。虽然一些报道的单层聚合物驱动器没有这种恼人的界面失效，但这种驱动器的简易制造仍然是一个巨大的挑战。本文提出了一种基于热塑性塑料制备单层均质聚合物Janus致动器(SHJA)的方法。采用真空辅助热压成型的方法，在均相聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜表面引入微脊阵列，使薄膜表面在丙酮蒸汽中不对称膨胀并向可控方向弯曲。该SHJA具有良好的驱动性能和耐久性。有趣的是，它可以实现包裹、跳跃等多种仿生动作，这突出了它在软机器人、传感器、仿生设备和人造肌肉等方面的应用潜力。此外，考虑到制备工艺简单，基材低成本和可回收，该方法可以很容易地扩大工业化生产。

论文要点：1、提出了一种具有成本效益的单层聚合物致动器的制备方法；2、该作动器具有良好的驱动性能和耐久性；3、该执行机构可进一步实现编程变形；4、模拟裹蛇和跳青蛙的软机器人成功制造。

近年来，郑国强教授带领研究生围绕热塑性高分子材料功能化成型加工开展大量工作，尤其是在图案化热塑性高分子薄膜制备及其柔性压力传感器（Chemical Engineering Journal, 2021, 407:127960）、各向异性超疏水（Applied Surface Science, 2020, 529: 147027）等领域取得了系列创新成果，受到了同行广泛关注。

研究得到国家自然科学基金、河南省自然科学基金、河南省高校科技创新团队等项目资助。

来源：郑州大学、新材料资讯

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https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.133052

https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.127960

https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.147027